背景

具有170多年歷史的法國Lafarge(拉法基)公司是目前世界上最大的水泥生產廠商。自1994年以來，拉法基致力于發展與中國的合作伙伴關系，不斷地加大在中國的投資，并在中國水泥行業取得巨大的發展。2005年8月，與中國西南地區最大的水泥生產企業瑞安建業正式宣布合并雙方在中國的水泥業務，使作為外資企業的拉法基瑞安將一舉進入國內水泥行業產能三強。

作為拉法基在中國投資最大的干法水泥生產廠——都江堰拉法基水泥廠，于2002年2月正式投產，設計產量為年產140萬噸水泥。都江堰拉法基水泥公司投產初期就依靠先進的生產工藝、高效地生產效率和穩定的產品質量，成功進入成都市場。
   

 

圖一、都江堰拉法基水泥有限公司

挑戰

對于拉法基而言，如何選擇可靠高效的自動化控制系統及儀表設備是提高產品的競爭力的重要內容。在水泥廠中，對各種不同的物料倉的連續物位測量對于提高和穩定整個生產線的產品質量、生產效率和安全環保起著至關重要的作用。

拉法基曾嘗試過各種不同的物位測量技術以解決這一難題，但是都沒有得到令人滿意的效果，尤其是在石灰石庫、熟料庫、均化庫、成品水泥庫等位置，其粉塵極大的特點使很多公司的物位產品都望而生畏。

在使用過重錘式物位計、電容式物位計、導波式雷達物位計等接觸式物位測量方式后，發現這些在使用除了測量效果不是很理想外，還存在著鋼纜可能被拉斷以及鋼纜被塊狀物料磨斷而影響生產的危險性，因此已經基本上已經放棄了這種接觸式物位測量方式的選擇
    超聲波物位計雖然是一種非接觸式的物位儀表，在很多領域應用十分廣泛。但是在成品水泥廠的實際使用中發現：它很容易受到粉塵的影響。在停止加料的情況下，超聲波能夠在20m的測量范圍內得到測量信號；但是在量程較大（料位較低時）和粉塵嚴重（連續進料和放料）時，基本上處于失波狀態而無法正常工作。

拉法基一直在尋找一種能夠使整個生產線達到完全自動化的可靠的物位測量方式，使工作人員能從危險有害的工作環境解脫出來，以提高生產效率，降低生產成本。

 

 

 

解決方案

為了選擇合適的可靠的物位測量儀表，都江堰拉法基大量咨詢了拉法基其他工廠的意見。位于美國密歇根州的Alpena水泥生產廠是北美最大的水泥廠，年產水泥270萬噸，他們的使用經驗給了我們很大的幫助。據介紹，該廠原來也存在著與我們同樣的問題。2001年7月試用了西門子公司當時的新產品Sitrans LR400后，在熟料庫、均化庫、成品水泥庫等測量工況取得了非常好的效果。

經過慎重地比較后，在眾多國際優秀的儀表供應商提供的解決方案中，都江堰拉法基最終采用了西門子公司的提供Sitrans LR400產品作為連續物位測量解決方案, 西門子公司也給都江堰拉法基提供了很大支持。Sitrans LR400料位計在都江堰拉法基的使用非常成功.

Sitrans LR400是一款24GHz高頻，采用連續調頻工作方式的微波雷達物位計，最大量程可達45米，可以完全滿足水泥廠中各種不同高度的倉的要求。

除此之外，它還有以下特點：

u  能夠穿透嚴重的粉塵的影響，即使在用于諸如熟料、成品水泥、面粉、飛灰等介質的測量應用中，也能得到可靠、穩定、準確地物位測量。

u  繼承了西門子妙聲力50多年的物位制造經驗而成得先進的回波處理技術——聲智能技術，能夠在各種苛刻的條件下將真假回波信號區分開來，從而保證物位測量的可靠性。

u  采用較長的喇叭口設計，既方便了現場安裝的需要，又能夠得到較小的微波發射角度，有利于增強回波信號的強度和避開微波雷達物位計發射范圍內的干擾信號。

u  獨特的固體型算法。它經過了西門子公司多年的研究和現場反復實驗，從而使它能夠在水泥等行業的各個粉塵極大的固體物位測量應用中，始終保持著出類拔萃的表現。

u  堅固的鋁制外殼設計。能夠滿足各種惡劣的使用工況。

圖二：Sitrans LR400固體型雷達物位計

 

西門子在2005年2月，新推出的固體型LR400在原有的基礎針對固體物位測量的特點，做了很多改進。比如：將瞄準器作為微波雷達物位計的標準配置，提高了儀表的性能同時不增加任何費用；喇叭口可以根據客戶的實際需要加長；量程升級至50米等。

   

 

圖三：在嚴重粉塵工況下的回波信號圖

使用效果

    在3年多的使用過程中，Sitrans LR400始終工作穩定可靠，完全解決了在嚴重粉塵工況中的連續物位測量的難題。在熟料庫、均化庫等測量應用，在連續加料放料的情況，通過西門子提供的軟件讀取回波圖形發現，回波信號基本沒有受到粉塵的影響，依然非常強烈。

Sitrnas LR400可靠的性能使都江堰拉法基在各個重要的料倉的物位控制系統實現完全地自動化，不再需要工人每天到各個工況惡劣的料倉上用投尺來檢測料位，也不必擔心類似接觸式物位計拉斷鋼纜的風險，即提高了物位測量的可靠性和準確性，又大大節省了生產成本，而且還提高了生產的
安全性。另外，LR400的設計使用壽命為10年，這一設計特點也使水泥廠的投資成本達到最大化。

    由于Sitrans LR400近幾年在拉法基各水泥廠的成功應用，已經成為拉法基公司的推薦產品。

 

經驗總結

	LR400	脈沖雷達	投尺	超聲波	重錘	導波雷達	電容式	γ射線
測量方式	微波，非接觸，連續	微波，非接觸式，連續	人工，非連續	機械波，非接觸式，連續	機械式，接觸式，非連續	微波，接觸式，連續	接觸式，連續	核能，非接觸，連續
準確性	高	一般	差	一般	一般	高	一般	一般
量程	大，50米	一般為30米，30米以上用拋物面天線	不超過30米	30米（粉塵較小時）	一般不超過30米	最大35米	最大35米	小
粉塵影響	基本不受影響	粉塵大時有影響，回波信號較微弱	無	影響很大	無	影響較大，并在掛料的情況工作失常	有影響	無
安裝要求	較低	一般，拋物面天線安裝要求較高	無	較低	較高	較高，經常會斷纜	較高，經常會斷纜	非常高，對人體有危害
價格	一般	一般	低	較低	較高	較低	低	高
使用壽命	10年設計使用壽命	一般	一般	較短，無法適應高溫高壓工況	短，如使用不當，經常埋錘	短，掛料時需經常維護；經常斷纜	一般，需現場調試；經常維護	一般為5~7年，根據放射源
使用效果	極佳，幾乎是用于水泥廠任何工況，拉法基推薦產品	一般，粉塵大時，信號不太可靠	可靠	可用于原料、石膏等非重粉塵工況	信號比較可靠，但基本已被棄用	一般，逐漸趨于被淘汰	不理想，一般作為物位開關用	可靠，但用的極少

表一：在水泥行業使用的各種物位測量技術比較

在使用SITRANS LR400的過程中，我們發現有兩點需要特別注意，否則可能會帶來意外的影響。

1、 

圖四：粘結在喇叭口上的泥塊，清除泥塊后恢復正常工作

防塵處理。
故障現象：雖然微波能夠穿透粉塵的影響，但是在一些粉塵極端嚴重的情況下，揚起的粉塵可能會粘附到雷達波發射電極上，而導致發射信號的衰減，甚至完全丟失。有時候，揚起的粉塵非常潮濕，甚至會在微波雷達物位計的喇叭口上結成泥塊（如圖四）。一般的情況，只需清除了喇叭口內的粉塵和泥塊，就可以恢復儀表的正常使用。

 

 

 

 

 

圖五：自制的防塵罩

 

解決方案：
A、防塵罩。在大多數情況下，只需要在Sitrans LR400雷達物位計喇叭口上安裝一個PTFE的防塵罩，即可解決此類問題。在常溫的情況下，只需可選擇普通的塑料薄罩在喇叭口也可以達到同樣的效果（如圖五）。

B、吹掃系統。在粉塵叫潮濕的情況下，即使使用了防塵罩，但還是會有泥塊粘結在防塵罩，定期地更換防塵罩會增加員工的工作量和降低生產效率。選擇了西門子LR400的特殊選項——吹掃裝置后，可以將壓縮定時或連續地吹到喇叭口內，防止粉塵和濕氣的侵入。

 

圖六：固定干擾引起的虛假回波

2、 

安裝位置。
故障現象：避免安裝在靠近進料口、倉壁以及橫梁等位置，以防止由于意外的干擾引起故障。在水泥廠有一個倉的使用中，發現物位測量儀表的指示總是固定在某個數值上。西門子工程師到了現場以后，使用調試軟件讀取回波圖形發現在正常的回波前面有一個較強的虛假回波（如圖六）。回來通過現場的查看發現，這臺表由于安裝位置選擇合理，是倉壁的一根金屬橫梁被儀表“檢測”到而導致這一故障。
解決方案：
A、更換至合理的安裝位置。

B、選用帶瞄準器的固體性LR400。只需稍微調整瞄準器的角度，可以將固定干擾的回波強度降到最小。

C、利用先進的回波處理軟件將固定干擾消除掉。但一般如果干擾回波較強，或者固定干擾位置在測量范圍“中心”時，采取固定干擾回波抑制的方式可能會帶來“副作用”，而產生較大的測量“盲區”。在如前的故障中，由于干擾發生的位置較高，因此采用回波處理軟件技術“切除”這一干擾。故障消除后使用至今，一直工作穩定可靠，充分體現了Sitrans LR400出色的回波處理能力。

D.露天安裝應注意安裝法蘭處的密封.